Service de Physique de l'Etat Condensé

Depuis son invention en 1985, la microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy) a largement progressé en fournissant une base pour les nombreuses microscopies et spectroscopies dérivées, avec notamment des sondes de charge électrique, résistives, magnétiques, thermiques et avec divers couplages optiques (Raman, IR).

L’interaction de la lumière visible avec un objet métallique conducteur se traduit par un large spectre d’absorption, pouvant présenter des résonances "plasmon" qui correspondent à des oscillations collectives des électrons proches de la surface du métal.

À la fois organiques et métalliques, les nanoparticules hybrides offrent une large palette de propriétés pour des applications allant de la biodétection à la photonique. Elles restent cependant difficiles à synthétiser et à fonctionnaliser avec précision.

Alors que dans le monofeuillet de graphène tous les atomes sont équivalents, l’empilement particulier de ces feuillets dans le graphite, déterminé par Bernal [1], conduit à distinguer deux types d’atomes, α et β, suivant qu’ils sont superposés ou non à un atome du feuillet inférieur (figure a).

L’auto-assemblage de molécules optiquement actives sur des surfaces métalliques ouvre de nouvelles opportunités pour les sources de lumières organiques et les milieux amplificateurs de lumière. La surface d’un métal supporte des plasmons de surface (PPS), excitations électroniques sous forme d'ondes électromagnétiques se propageant le long de la surface.

Les nanoparticules de métaux nobles présentent d’étonnantes propriétés optiques accessibles à tout un chacun au travers des couleurs chatoyantes des vitraux médiévaux.

C’est bien connu, l’or brille et c’est l’une des raisons de son succès ! A l’état de nanoparticule, son aspect "doré" disparait, mais sous forme de nanoparticules il présente des propriétés de luminescence assez inattendues, compte-tenu de son très faible rendement quantique (10-10) pour la réémission d'un photon après excitation.

Contrôler la formation de films organiques est un enjeu des nanosciences. Les propriétés du film sont non seulement influencées par sa structure mais aussi par la nature et la conformation des blocs moléculaires qui le composent.

La fonctionnalisation du graphène est un sujet qui connait un intérêt croissant car elle peut permettre soit d’ajouter une propriété conférée par la molécule adsorbée, soit de modifier les propriétés électroniques du substrat, le graphène.

Dans le domaine de la nanophotonique, l'organisation spatiale de molécules optiquement actives,  permet de contrôler et renforcer leur activité (par exemple pour la conversion de l’énergie solaire). Ceci peut être réalisé par dépôt sur une surface, mais les molécules doivent rester isolées de celle-ci pour fonctionner efficacement.

En optique, les lois de la diffraction imposent une échelle spatiale de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, sous excitation optique dans le domaine visible (longueur d'onde d'une fraction de µm), les objets métalliques de dimensions nanométriques sont usuellement considérés comme uniformément éclairés.

Des chercheurs du CNRS, du CEA et de l'Université Pierre et Marie Curie jouent aux nano-billes au profit de l'électronique moléculaire. Ils ont créé un "tamis" moléculaire doté de grands et de petits trous et y ont inséré des "billes" de fullerène. Résultat : les billes viennent se placer dans les grands trous qui correspondent à leur taille.

Ludovic Douillard1, Fabrice Charra1, Zbigniew Korczak1, Renaud Bachelot2, Sergei Kostcheev2, Gilles Lerondel2, Pierre-Michel Adam2 and Pascal Royer2 1CEA-Saclay, DSM/IRAMIS/SPCSI Service de Physique et Chimie des Surfaces et Interfaces, 2Laboratoire de Nanotechnologie et d’Instrumentation Optique, ICD CNRS FRE 2848, Université de Technologie de Troyes

L’émergence des semi-conducteurs organiques dans le monde de l'électronique et des technologies de l'information est désormais une réalité. Petites molécules ou polymères, ces matériaux peuvent être substitués au silicium dans la fabrication de transistors, de cellules photovoltaïques ou de diodes électro-luminescentes.

La réduction de la taille d’un objet métallique se traduit par d’importantes modifications de ses propriétés physiques, et en particulier de sa réponse à une excitation optique. Ainsi, pour des objets de tailles significativement inférieures à la longueur d’onde incidente, l’un des effets les plus remarquables est l’émergence de résonances au sein du spectre d’absorption.